寒冷地区大型奶牛舍结构优化设计的研究

论文摘要

改革开放以来我国奶业发展迅猛,但是奶牛舍建造技术落后和造价偏高已经成为奶牛养殖业向规模化发展的瓶颈。本文针对我国北方寒冷地区气候特点,对牛舍的饲养工艺、建筑形式和结构形式进行研究,分析了适合我国北方寒冷地区气候特点和目前奶牛业发展水平的牛舍模式,并对牛舍的主要受力构件——门式刚架结构的荷载进行了统计和的组合计算,得出了对门式刚架内力最不利的控制荷载。选取了变截面轻型门式刚架结构作为研究对象,以门式刚架结构体系用钢量最少为目标函数,借助大型有限元分析软件ANSYS提供的APDL语言编写程序,建立有限元分析模型并进行优化研究,得出结构优化次数与结构用钢量、截面尺寸的关系,分析了不同跨度和不同柱距下门式刚架的用钢量的影响。利用本研究成果进行设计可以获得牛舍门式刚架最佳的变截面尺寸,为寒冷地区农业建筑的工业化、标准化提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题提出的意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 牛舍建筑的发展状况
• 1.2.2 牛舍建筑的结构发展状况
• 1.2.3 结构优化设计的发展状况
• 1.3 基于有限元的ANSYS 分析软件结构优化概述
• 2 刚架设计基本过程及内力计算
• 2.1 建筑类型确定及结构布置
• 2.2 门式刚架结构和材料的选取
• 2.3 门式刚架结构布置
• 2.3.1 平面布置
• 2.3.2 墙梁的布置
• 2.3.3 支撑布置
• 2.4 门式刚架结构的荷载设计
• 2.4.1 荷载类型及计算
• 2.4.2 荷载效应组合
• 2.5 门式刚架结构计算理论
• 2.6 门式刚架结构力学模型
• 2.6.1 单元刚度矩阵的推导
• 2.6.2 单元固端反力
• 3 门式刚架结构优化设计
• 3.1 结构优化设计的基本概念
• 3.2 结构优化设计的过程、分析方法
• 3.2.1 数学模型
• 3.2.2 设计变量
• 3.2.3 约束条件
• 3.2.4 结构优化设计方法
• 3.3 结构优化设计在ANSYS 程序上的实现
• 3.3.1 面向对象法的基本思路
• 3.3.2 使用ANSYS 优化结构的基本过程
• 4 变截面门式刚架轻型钢结构的优化设计在 ANSYS 上的实现
• 4.1 模型的简化
• 4.2 基本假定
• 4.3 单元选择
• 4.4 数学模型的建立
• 4.5 荷载的组合计算
• 5 基于ANSYS 的结构优化程序编制
• 5.1 优化分析文件的建立
• 5.2 建立优化控制文件
• 5.3 优化结果分析
• 5.4 结果检验
• 5.5 截面调整
• 5.6 结果分析
• 5.6.1 合理跨度的分析
• 5.6.2 刚架柱距的确定
• 5.7 优化方法的比较
• 6 结论和存在的问题
• 6.1 论文的主要结论
• 6.2 论文存在的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介